روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب از اصلی ترین روشها در تصفیه فاضلاب صنعتی و بهداشتی میباشد که بر پایه انتقال مواد آلاینده آلی از حالت محلول به جامد معلق (بیومس یا لجن) استوار است. از تصفیه بیولوژیکی تحت عنوان تصفیه ثانویه فاضلاب نیز یاد میشود که هدف آن تصفیه زیستی پساب خروجی از تصفیه اولیه توسط میکروارگانیسم های هوازی و بی هوازی میباشد. در ادامه معرفی انواع روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به همراه توضیح هر مرحله از فرآیند انجام شده است.
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب چیست؟
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب فرآیندی است که در آن میکروارگانیسمها برای حذف مواد آلی، نیتروژن، فسفر، و سایر آلایندهها از فاضلاب استفاده میشوند. این روش، با تکیه بر فعالیتهای طبیعی زیستی، یکی از مؤثرترین و زیستمحیطیترین راههای تصفیه فاضلاب به شمار میآید.
فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی میتوانند در مقیاسهای مختلف، از جمله در تصفیهخانههای شهری، صنعتی، و کشاورزی به کار روند و به کاهش قابل توجه بار آلایندهها در آبهای تصفیه شده کمک میکنند. این روش نه تنها به حفظ منابع آبی کمک میکند بلکه با کاهش نیاز به مواد شیمیایی در فرآیند تصفیه، پایداری زیستمحیطی را نیز تقویت میبخشد.
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب چه ویژگی هایی دارد؟
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب یک فرآیند زیستمحیطی است که در آن میکروارگانیسمها برای حذف مواد آلاینده و آلی از فاضلاب استفاده میشوند. این روش از ویژگیهای منحصر به فردی برخوردار است که آن را به یک گزینه پایدار و مؤثر برای مدیریت پساب تبدیل کرده است:
- کارآمدی بالا در حذف آلایندهها: میکروارگانیسمها میتوانند مواد آلی، نیتروژن، فسفر و سایر آلایندهها را به طور مؤثر حذف کنند، که به بهبود کیفیت آب و کاهش آلودگی محیطی کمک میکند.
- پایداری زیستمحیطی: این روش به دلیل استفاده از فرآیندهای طبیعی و کاهش نیاز به مواد شیمیایی خطرناک، دوستدار محیط زیست است.
- هزینههای عملیاتی کمتر: در مقایسه با روشهای تصفیه شیمیایی و فیزیکی، تصفیه بیولوژیکی میتواند هزینههای جاری و نگهداری را کاهش دهد.
- انعطافپذیری: تصفیه بیولوژیکی میتواند برای انواع مختلف فاضلاب و در مقیاسهای متفاوت، از کوچک تا بزرگ، اعمال شود.
- تولید لجن کمتر: این فرآیند معمولاً باعث تولید حجم کمتری از لجن میشود که مدیریت پسماند را آسانتر میکند.
- قابلیت بازیابی منابع: در برخی فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی، امکان بازیافت مواد مغذی مانند نیتروژن و فسفر وجود دارد، که میتواند در کشاورزی و صنایع دیگر مورد استفاده قرار گیرد.
- کاهش انتشار گازهای گلخانهای: با کاهش نیاز به انرژی و مواد شیمیایی، تصفیه بیولوژیکی میتواند به کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک کند.
این ویژگیها تصفیه بیولوژیکی فاضلاب را به یک راهکار مؤثر و پایدار برای مدیریت آبهای آلوده و حفاظت از منابع آبی تبدیل کردهاند.
اهداف تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
اهداف تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شامل موارد زیر است:
- حذف مواد آلی کربندار (BOD Carbonaceous): این فرآیند شامل از بین بردن مواد آلی حل شده و معلق در فاضلاب است که میتوانند به عنوان مواد غذایی برای میکروارگانیسمها عمل کنند.
- حذف مواد غیرآلی حاوی نیتروژن (N) و فسفر (P): این فرآیند تمرکز بر حذف مواد مغذی است که میتوانند در افزایش رشد جلبکها و ایجاد مشکلات زیستمحیطی در آبهای سطحی نقش داشته باشند.
همانطور که پیشتر عنوان شد، هدف اصلی تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، حذف مواد آلی کربندار است. این فرآیند به تبدیل مواد آلی حل شده یا معلق در فاضلاب به جامدات معلق، که تحت عنوان لجن فرآیندی شناخته میشوند، منجر میگردد. لجن فرآیندی سپس میتواند جمعآوری، تصفیه و دفع شود، که این امر به کاهش بار آلودگی و بهبود کیفیت آب کمک میکند.
انواع روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، استفاده از میکروارگانیسمها برای حذف آلایندهها و مواد آلی از پساب مورد توجه قرار گرفته است. این روشها به طور گستردهای بر اساس نوع میکروارگانیسمهای درگیر و شرایط محیطی مورد نیاز برای فعالیت آنها، دستهبندی میشوند. در ادامه، مهمترین روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و ویژگیهای آنها توضیح داده شدهاند:
تصفیه بیولوژیکی با استفاده از میکروارگانیسمهای بیهوازی
این روش بدون نیاز به اکسیژن محیطی، مواد آلی موجود در فاضلاب را تجزیه میکند. میکروارگانیسمهای بیهوازی مواد آلی را به گازهایی مانند متان و دیاکسید کربن تبدیل میکنند، که میتواند به عنوان منبع انرژی قابل استفاده باشد. این فرآیند معمولاً در دیجسترهای بیهوازی انجام میشود.
تصفیه بیولوژیکی با استفاده از میکروارگانیسمهای هوازی
در این روش، اکسیژن به فاضلاب اضافه میشود تا میکروارگانیسمهای هوازی بتوانند مواد آلی را تجزیه کنند. این فرآیند به اکسیداسیون مواد آلی و تبدیل آنها به آب، دیاکسید کربن و سایر مواد غیرسمی منجر میشود. فرآیند لجن فعال یکی از متداولترین روشهای استفاده شده در این دسته است.
تصفیه بیولوژیکی با میکروارگانیسمهای نیتراتساز هوازی و نیتراتزدای بیهوازی
این روش ترکیبی از دو فرآیند میباشد که نخست، نیتریفیکاسیون با میکروارگانیسمهای هوازی نیتراتساز انجام میشود که نیتروژن آمونیاکی را به نیترات تبدیل میکنند. سپس، در فرآیند دنیتریفیکاسیون، میکروارگانیسمهای بیهوازی نیترات را به گاز نیتروژن تبدیل میکنند و به این ترتیب نیتروژن از آب حذف میشود.
تصفیه بیولوژیکی با استفاده از میکروارگانیسمهای فسفاتزدا
این روش از میکروارگانیسمهای خاصی استفاده میکند که قادر به جذب و ذخیرهسازی فسفر در مقادیر بالا هستند. در طی فرآیندی به نام “دنیتریفیکاسیون بهینه شده با فسفر” (EBPR)، این میکروارگانیسمها فسفر را از فاضلاب حذف میکنند، که به کاهش غلظت فسفر در آب منجر میشود و از رشد بیرویه جلبکها و ایجاد مشکلات مرتبط با آن در محیطهای آبی جلوگیری میکند.
این روشهای تصفیه بیولوژیکی هر کدام با توجه به نوع میکروارگانیسمهای استفاده شده و شرایط فرآیندی متفاوت، برای حذف موثر مواد آلاینده از فاضلاب طراحی شدهاند. انتخاب روش مناسب بستگی به ترکیب شیمیایی فاضلاب، هدفهای تصفیه، و شرایط عملیاتی مانند فضای موجود و بودجه دارد.
میکروبیولوژی فاضلاب در تصفیه بیولوژیکی:
میکروارگانیزم ها:
فعالیت میکروارگانیزم ها بعنوان بازیکنان نقش اول در تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است . حذف مواد آلی کربن دار و مواد مغزی همچون ازت و فسفر به کمک میکرو ارگانیزم ها و بویژه باکتری ها انجام می گردد . از میکروارگانیزم ها برای تبدیل مواد آلی کربن دار محلول ، کلوئیدی و ذره ای که قابلیت تجزیه پذیری دارند به گازهای مختلف و تولید سلول استفاده می گردد . سلول های حاصله و یا همان میکرو ارگانیزم های تولید شده چون دارای وزن مخصوص بیشتری از آب هستند توسط نیروی ثقل ته نشین شده و به آسانی قابل جداسازی می باشند .
بدیهی است که بافت های سلولی( لجن) باقیمانده از پساب خروجی باعث ایجاد BOD شده که در صورت عدم جداسازی مناسب، خود تولید اشکالاتی در نتیجه عمل تصفیه خواهند نمود . در طراحی و انتخاب روش تصفیه مناسب بیولوژیکی استفاده از دانش میکروبیولوژی و بیوشیمی میکروارگانیزم های بسیار حائز اهمیت است.
Co2,H2O,NH3 + بیومس <——میکروارگانیزم ها(باکتری)+ اکسیژن+ ماده آلی
رشد میکروبی:
میکرو ارگانیزم ها جهت ادامه فعالیت و تولید مثل می بایست عوامل زیر را در اختیار داشته باشند:
- منبع انرژی
- کربن، جهت بافت سلول جدید
- عناصر معدنی و مغذی مانند عناصر ماکرو ( N و P ) و عناصر میکرو (Fe+2 و Cu و Zn)
محیط | گیرنده الکترون | فرآیند |
---|---|---|
هوازی | O2 | سوخت و ساز هوازی |
بی هوازی | نیترات سولفات CO2 | Anoxic احیای سولفات Methanogenes |
محدوده PH فعالیت میکروارگانیزم ها:
میکروارگانیزم ها قادرند در محدوده PH بین 4 تا 9.5 فعالیت نمایند . اما بهترین و مناسبترین محدوده برای فعالیت میکروارگانیزمها در شرایط هوازی و بی هوازی بین 6.5 و 8.5 می باشد.
انواع فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
در حالت کلی بر اساس نوع میکروارگانیزم ها( عموماً باکتری ها) میتوان روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب را به صورت زیر دسته بندی کرد:
-
تصفیه هوازی فاضلاب
شامل تمامی فرآیندهای تصفیه فاضلاب است که میبایست در حضور اکسیژن انجام شود. از تأثیرگذار ترین فرآیندهای زیستی( بیولوژیکی)، فرآیند هوازی میباشد. از جمله فرآیندهای تصفیه هوازی فاضلاب میتوان به فرآیند لجن فعال اشاره کرد که در سال 1900 میلادی توسط دو نفر انگلیسی تکمیل گردید. این فرآیند تصفیه فاضلاب شامل زندگی میکرو اورگانیزم ها همراه ماده آلی در یک محیط غنی از اکسیژن (هوازی)است. این فرایند مشابه فرایند بیولوژیکی است که در لایه های روئی خاک رخ می دهد و حاوی تعداد زیادی میکرواورگانیسم است، با این تفاوت که میکرواورگانیسم ها در فرایند لجن فعال در یک محیط زیست مایع و کنترل شده نگهداری می شوند.
جهت آشنایی بیشتر با سایر روش های هوازی تصفیه فاضلاب میتوانید به مقاله « تصفیه فاضلاب چیست؟|طبقه بندی روشهای تصفیه فاضلاب» مراجعه بفرمائید.
-
تصفیه بی هوازی فاضلاب
در فرآیند بی هوازی تصفیه فاضلاب، تصفیه بیولوژیکی بدون حضور اکسیژن انجام شده و میکروارگانیزم های بی هوازی در انجام این فرآیند نقش عمده دارند.
-
تصفیه انوکسیک فاضلاب( Anoxic )
در این فعالیت ، محیط فرایند شبیه فرآیند های بی هوازی است. ولی توسط میکرو ارگانیزم های مربوطه عمل نیتریفیکاسیون و نیترات زدایی یا Denitrification انجام میشود. همچنین اکسیژن مورد نیاز از طریق اکساید های نیتروژن تأمین میگردد. به طور کلی هدف از این فرآیند، حذف مواد مغذی موجود در پساب شامل نیتروژن میباشد. حذف مواد مغذی در فاضلاب به دلایل زیر میبایست انجام گیرد:
- جلوگیری از بروز پدیده یوتریفیکیشن
- جلوگیری از افزایش اکسیژن مورد نیاز جریان گیرنده
- پیشگیری از بروز آلودگی و مسمومیت
فرآیند انوکسیک فاضلاب جهت حذف نیتروژن شامل دو مرحله میشود:
-
نیتریفیکاسیون
- فرآیند تبدیل نیتروژن آلی به نیترات
- انجام شده توسط باکتری نیتروزوموناس
- رشد آهسته این باکتری
- باکتری خود پرورده( از CO2 به عنوان منبع کربن جهت تولید سلول های جدید و از ترکیبات نیتروژن دار به عنوان منبع انرژی تغذیه میکند.)
- مصرف اکسیژن زیاد
- کاهش قلیاییت: از این پارامتر میتوان جهت نظارت بر این فرآیند بهره برد. همچنین در شرایطی نیز میتوانیم بی کربنات نیز به پساب اضافه کنیم تا PH را در شرایط بهینه جهت ادامه این فرآیند نگه داریم.)
Co2 + بافت سلولی( لجن) + NH3 → اکسیژن( O2) + نیتروژن آلی
بافت سلولی(لجن) + نیترات ( NO3) + هیدروژن(H) → 2 O2+ NH3
همانطور که در واکنش های بالا مشخص است ابتدا در این مرحله تمام نیتروژن هایی که به صورت آلی وجود دارند به صورت نیترات ( NO3 ) تبدیل میشود.
-
نیترات زدایی یا دینیتریفیکاسیون
- حذف نیترات تولیدی در نیتریفیکاسیون
- تبدیل نیترات به گاز نیتروژن ( ازت)
- انجام شده توسط باکتری نیتروباکتر ( از کربن آلی جهت تبدیل نیترات به ازت استفاده میشود.)
-
فسفر زدایی:
- فرآیندی که در تصفیه فاضلاب جهت حذف فسفر موجود در پساب تحت عنوان فسفر زدایی شناخته میشود.
- فسفر معمولاً در فاضلاب شهری با غلظت 15-5 میلی گرم بر لیتر موجود است.
- %70 پلی فسفات محلول، 30% اورتوفسفات
- حذف تنها 30-10% فسفر در تصفیه اولیه و ثانویه
- فرآیند بیولوژیکی مد نظر در این مرحله شامل مواجه کردن بیومس با شرایط متغیر و متناوب هوازی و بی هوازی میباشد.
- حذف فسفر توسط میکروارگانیزم های فسفر اندوز (PAO )
-
فرآیندهای لاگونی
در تصفیه فاضلاب به وسیله لاگون همانند تمام روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، اکسیژن و فعالیت عوامل بیولوژیکی نقش مهمی به عهده دارند .اکسیژن لازم برای اکسیداسیون آلودگی ها ممکن است به یکی از طرق زیر تامین گردد:
- اکسیژن محلول در آب فاضلاب
- اکسیژن هوای آزاد
- اکسیژن موجود در ترکیبات معدنی و آلی
- اکسیژن حاصل از عمل فتوسنتز گیاهان آبزی
در تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با روش لاگونی اعمال تصفیه ای که در حوضهای ته نشینی اولیه ،حوضهای هوادهی و ته نشینی نهایی انجام می شود تماماً در یک واحد تصفیه انجام گرفته و لجن های حاصل بدون نیاز به جمع آوری و تصفیه خاص در لاگون ته نشین شده و ممکن است هر چندسال یک بار لجن ها را از لاگون خارج نموده و مورد مصرف قرار دهند. آشغالگیری و دانه گیری نیز اغلب قبل از تصفیه فاضلاب با لاگون انجام می شود.
کاربرد تصفیه بیولوژیکی فاضلاب
تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، یکی از اساسیترین و مؤثرترین روشها در حذف آلایندههای آلی و کاهش شاخص BOD (بیوشیمیایی اکسیژن مورد نیاز) در فاضلاب است. این روش که به طور معمول در کنار فرآیندهای تصفیه فیزیکی و شیمیایی به کار برده میشود، امکان حذف کاملتر آلایندهها و بهبود چشمگیر کیفیت پساب را فراهم میآورد.
کاربردهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب عبارتند از:
- تصفیه فاضلاب بهداشتی انسانی: این نوع فاضلاب که اغلب حاوی بار زیادی از مواد آلی و میکروارگانیسمها است، به خوبی با استفاده از روشهای بیولوژیکی قابل تصفیه است.
- تصفیه فاضلاب بیمارستانها: فاضلاب بیمارستانی که ممکن است حاوی عوامل بیماریزا و مواد خطرناک باشد، نیازمند فرآیندهای تصفیه دقیقی است که تصفیه بیولوژیکی میتواند بخشی از آن باشد.
- تصفیه فاضلاب کشتارگاهها: به دلیل حجم بالای مواد آلی و خون موجود در فاضلاب کشتارگاهها، تصفیه بیولوژیکی میتواند در کاهش بار آلودگی و تولید لجن با کیفیت برای استفادههای کشاورزی مؤثر باشد.
- تصفیه فاضلاب کارخانجات مواد غذایی و نساجی: این صنایع به دلیل داشتن فاضلاب با بار آلی بالا، نیازمند تصفیه اثربخشی هستند که تصفیه بیولوژیکی میتواند پاسخگوی این نیاز باشد.
- تصفیه فاضلاب کارخانجات تولید مواد شوینده: فاضلاب حاصل از تولید مواد شوینده ممکن است حاوی مواد شیمیایی خاصی باشد که تصفیه بیولوژیکی میتواند در حذف این آلایندهها مؤثر واقع شود.
استفاده از تصفیه بیولوژیکی فاضلاب، با توجه به کارایی بالا و سازگاری زیستمحیطی، گزینهای ایدهآل برای تصفیه انواع مختلف فاضلاب به شمار میرود و میتواند به عنوان یک راهکار پایدار در مدیریت پسابها مورد استفاده قرار گیرد.
مهم ترین تجهیزات در تصفیه فاضلاب به روش بیولوژیکی:
جهت مهیا شدن شرایط کمی و کیفی فاضلاب قبل از ورود به سیستم بیولوژیکی تصفیه خانه فاضلاب میبایست از یکسری از تجهیزات جهت حذف ذرات جامد معلق و … استفاده کرد سپس برای هوادهی در بخش هوازی فرآیند بیولوژیکی نیز یکسری از تجهیزات فاضلاب مورد نیاز است:
- آشغالگیر های دستی و مکانیکی
- پل دوار ته نشینی جهت جمع آوری لجن
- سیستم های هوادهی از جمله استفاده از دیفیوزر هوادهی
نیاز به مشاوره دارید؟ با ما در تماس باشید!
در پایان بخشی از مقاله ما درباره “روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب”، میخواهیم تأکید کنیم که انتخاب استراتژی مناسب برای تصفیه فاضلاب میتواند به طور قابل توجهی بر عملکرد و کارایی واحدهای تولیدی و صنعتی تأثیر گذارد. این انتخاب نه تنها باید بر اساس نیازهای خاص هر کارفرما انجام شود بلکه باید استانداردهای محیط زیستی را نیز به طور کامل رعایت کند.
شرکت پژوهش صنعت آب با بیش از بیست سال سابقه درخشان در زمینه ارائه خدمات مهندسی، طراحی، مشاوره، و اجرای سیستمهای تصفیه فاضلاب، چه صنعتی و چه بهداشتی، همواره تلاش دارد تا با راهکارهای نوآورانه و پایدار، بهترین سرویسها را به مشتریان خود ارائه دهد. ما مفتخریم که با ارائه راهکارهای اثربخش و ضمانت اخذ کامل استانداردهای محیط زیستی، در کنار شما باشیم تا بهترین نتایج را در زمینه تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به دست آوریم.
اگر به دنبال بهبود سیستم تصفیه فاضلاب خود هستید و نیازمند مشاوره تخصصی در زمینه روشهای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب میباشید، کارشناسان مجرب ما آماده ارائه مشاوره رایگان به شما هستند. لطفاً برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره تخصصی، با ما تماس بگیرید.